另辟蹊徑的TPU材料，通過FDM工藝制作組織培養(yǎng)支架

提起熱塑性聚氨酯（TPU），我們很容易將這種材料與制鞋業(yè)聯(lián)系到一起，TPU的承載能力、抗沖擊性及減震性能突出，所以非常適合用來制作壘球鞋、棒球鞋、高爾夫球鞋、足球鞋鞋底及鞋前掌。不過，科學家們對 TPU的看法可不局限于此。通過使用FMD熔融擠出技術，倫敦大學學院的Achala de Mel 博士和她的研究團隊3D打印了各種塑料管狀結構，可用于培養(yǎng)身體內的細胞組織。

通過這種方法，倫敦大學學院的研究人員將實驗室細胞培養(yǎng)的整體方法概念化，尤其是他們通過FDM這種3D打印工藝開創(chuàng)了經(jīng)濟性的細胞組織培養(yǎng)方法，使得研究和患者護理領域不再那么昂貴和高不可攀。雖然不像PLA那樣常用，倫敦大學學院這個項目的研究重點是熱塑性聚氨酯（TPU）。 因為其獨特的可塑性和彈性質量，TPU被科學家們認為是可行的一種材料。

在3D打印機方面，科學家們選擇的是市售的兩種商業(yè)機器：Sharebot Next Generation和Rokit 3Dison Multi，價格在1,850美元到1,990美元之間�？茖W家們使用Blender，Slic3r和Makerbot切片軟件創(chuàng)建了培養(yǎng)支架的CAD模型。通過特別調整的TPU材料，Achala de Mel 博士的實驗室研究人員證明了快速制造各種不同管狀支架的能力。這些管狀支架具有不同直徑和厚度，其管狀彈性結構是許多器官的共同結構特征。

這些管內的填充物被設計為細胞支架，用來支持細胞生長。支架可以設計成為細胞提供物理性質，例如剛性差異，幾何形狀，表面粗糙度和各向異性。細胞可以感知這些差異，并響應其增殖的變化。

Achala de Mel 博士發(fā)現(xiàn)3D打印允許在支架內創(chuàng)建多重組合（傳統(tǒng)制造方法很難達到如此高效和可重復性），從而科學家們可以通過大量的實驗獲得關于細胞對于不同的3D打印支架結構反應的信息，這些大數(shù)據(jù)以便工程師進行詳盡的分析，從而可以選擇更加合適的3D打印設計來生產(chǎn)支架，以達到預期的細胞反應。在每個3D打印管狀支架的實例中，研究人員測試不同的大小和填充結構，以找到最適合于重建骨孔隙度的結構，因此有利于血管向內生長。

圖：I）各種3D打印管內部的填充結構。 II）管的形狀和尺寸。

研究管裝結構的快速迭代和開發(fā)是相對簡單的事情，研究人員隨后轉向創(chuàng)建一個模仿人類氣管結構的模型。

圖：3D打印氣管模型的結構

考慮到這些基礎結構，TPU的細胞培養(yǎng)潛力可以分為兩個樣本：一個與人類皮膚細胞結合，另一個與支氣管相關的干細胞結合。在培養(yǎng)3和14天后，細胞顯示出生長和增殖的積極性。

圖：3D打印TPU細胞支架上的陽性細胞增殖。

關于3D打印細胞培養(yǎng)支架的商業(yè)化前景，Achala de Mel 博士十分看好，她認為下一步是討論監(jiān)管資格和相關倫理，可以設想在不久的將來組織工程通過3D打印的影響將進入護理治療領域，其普遍性就像現(xiàn)在的藥店一樣。

根據(jù)市場研究，TPU用于組織培養(yǎng)支架在美國也有研究案例，凱斯西儲大學就通過將TPU材料與PLA材料以及氧化石墨烯材料混合打印出具有優(yōu)良的機械性能的細胞培養(yǎng)支架。

來源：3D科學谷
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